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Wikibardig:Aléa sismique et ouvrages hydrauliques

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Sommaire


Le risque sismique d’un site est un risque naturel lié à l’activité sismique. Il est la conjonction d’un aléa sismique et d’une vulnérabilité des personnes, des biens et des activités sur ce site. La nature et la vulnérabilité des enjeux (économiques, patrimoniaux, sociaux…) sont primordiales pour l’évaluation du risque sismique.

Un séisme est une secousse du sol due à la propagation d’ondes liée à la déformation de l’écorce terrestre, la cause de cette déformation étant la mise en « pression » des sols, dans le temps, par le mouvement des plaques de l’écorce les unes par rapport aux autres. Ces mouvements sont appelés la tectonique des plaques. L’accumulation trop importante de contraintes déclenche la rupture de la croute terrestre rigide et cassante et une libération brutale d’énergie. La propagation de cette rupture s’établira le long d’une faille pré–existante. Un séisme peut mener à un ensemble de phénomènes catastrophiques.


Différents types de failles

Les failles de l’écorce terrestre sont de types différents selon les forces produites par le déplacement des plaques tectoniques.

Failles type.png

Schéma 1 : principales failles types

Deux éléments sont fondamentaux pour prendre en compte l’aléa sismique.

  • Une faille évolue selon un cycle sismique : «là où un séisme s’est produit, cela se reproduira» (Haroun Tazieff),

Cycle sismique.png

Schéma 2 : évolution du cycle sismique

une corrélation existe entre la longueur de la rupture et le moment du séisme. L’énergie d’un séisme dépend aussi de la longueur de la rupture.

  • A partir de ces deux éléments, il est possible, après avoir localisé la faille, de quantifier l’occurrence et l’intensité d’un séisme en s’aidant des tableaux ci-dessous.

La détermination de la vitesse de glissement des plaques l’une par rapport à l’autre déterminera le temps de retour

Déplacement des plaques Temps de retour
Faille rapide ≥ 1cm / an 100 - 1000 ans
Faille intermédiaire ~1mm/ an ~ 1000 ans
Faille lente ~0.1mm / an 1000 - 10 000 ans

(voir plus)

La détermination de la longueur du segment de la faille déterminera l’intensité sismique sachant que la valeur de l’énergie est multipliée par trente lorsque l’on augmente d’un point.

Magnitude* (Mw) Longueur (km) Déplacements(m) Durée en (s)
9 500-800 ≥ 10 > 250
8 200-250 4 à 10 10 à 90
7 40-50 1 à 2 15
6
6.2 Lambesc 1909
10 0.1 à 0.5 ≥1
5 3 5 cm ≤1
4 1 2 cm ~0.3

La magnitude est un nombre qui caractérise la taille relative d'un tremblement de terre. Elle est basée sur la mesure du mouvement maximale enregistrée par un sismographe. Plus le séisme a libéré d'énergie, plus la magnitude est élevée. Plusieurs magnitudes ont été définies, les plus connues sont la magnitude de surface d'onde (MS), la magnitude locale (ML) et la magnitude de moment (Mw). Pour les deux premières leur application ne mesurent pas d'une manière satisfaisante les séismes d’échelle 1 à 3 par rapport au plus des plus grands tremblements de terre. La magnitude de moment (Mw), basée sur le concept de moment sismique, est uniformément applicable à toutes les tailles de tremblements de terre, mais est plus difficile à calculer que les autres types. Il ne faut pas confondre magnitude et intensité. La magnitude se calcule à partir de mesures, l’intensité d’un séisme est une estimation définie à partir des dégâts causés par un séisme.

Les séismes en France

En France métropolitaine, les séismes résultent du rapprochement lent (environ 1mm par an) entre la plaque nubienne et la plaque eurasienne (carte 1). La France connaît environ 1.500 séismes de faible intensité chaque année. Le zonage sismique varie de très faible à moyen. Le séisme Français de référence est celui de 1909 aux environs de Lambesc avec une magnitude 6.2.

Tectonique des plaques Afrique.PNG

Carte 1 : tectonique des plaques Afrique / Europe/ J.M. Nocquet, 2002

Entré en vigueur le 1er mai 2011, l’art 563-8-1 du code de l’environnement indique le zonage sismique fractionnant la France en 5 zones de sismicité en fonction de la probabilité d’occurrence des séismes. Les zones de sismicité sont désignées comme suit : zone de sismicité 1 (très faible), 2 (faible), 3 (modérée), 4 (moyenne) et 5 (forte).

La réglementation parasismique

La politique nationale de gestion du risque sismique comprend un volet prévention incluant la réglementation parasismique présentée ci-après.

L’application des normes parasismiques pour les constructions nécessite de définir des mouvements sismiques de référence (c'est-à-dire les mouvements du sol attendus en cas de séisme) à prendre en compte pour le dimensionnement des structures. Le niveau de sismicité est très variable d’un point à un autre du territoire français. Il est donc nécessaire de séparer ce territoire en différentes zones traduisant un niveau de sismicité différent.

Le zonage et les mesures de prévention réglementaire qui s’y rapportent sont principalement définis par les textes suivants :

  • articles R563-1 à R563-8 du code de l’environnement relatifs à la prévention du risque sismique (modifiés par les décrets n°2010-1254 et n°2010-1255). Ces articles établissent le zonage sismique national qui découpe la France en 5 zones (la zone de sismicité la plus forte correspondant aux Antilles) et établit la liste du niveau de sismicité de chacune des communes ;
  • arrêté du 22 octobre 2010 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la classe dite "à risque normal"
  • arrêté du 26 octobre 2011 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux ponts de la classe dite "à risque normal" ;
  • arrêté du 24 janvier 2011 fixant les règles parasismiques applicables à certaines installations classées (dites "à risque spécial"), et arrêté du 13 septembre 2013, ces deux arrêtés modifiant l'arrêté du 4 octobre 2010 relatif à la prévention des risques accidentels au sein des installations classées pour la protection de l'environnement soumises à autorisation.


Bâtiments, équipements et installations dits à "risque normal" : les bâtiments, équipements et installations pour lesquels les conséquences d’un séisme demeurent circonscrites à leurs occupants et à leur voisinage immédiat. Bâtiments, équipements et installations dits "à risque spécial" : ouvrages pour lesquels les effets sur les personnes, les biens et l'environnement de dommages même mineurs résultant d'un séisme peuvent ne pas être circonscrits au voisinage immédiat ; il s’agit notamment des barrages, des centrales nucléaires, de certains équipements et de certaines installations classées pour l’environnement.

Caractéristiques du zonage sismique national en vigueur

a) La méthode probabiliste

L’évaluation d'aléa probabiliste se base sur la sismicité historique et instrumentale introduisant une notion de période de retour de l'action sismique, à l’inverse de l'évaluation d'aléa déterministe de l’ancien zonage sismique réglementaire de 1991 qui se fondait uniquement sur la répartition statistique des séismes historiques sur le territoire. La méthode probabiliste a permis de fournir des cartes d’iso-accélération (mesures du mouvement du sol pendant un séisme) correspondant à une probabilité de 10% de dépassement du mouvement attendu sur une durée de 50 ans. Outre une période d’enregistrement de la sismicité de plus de 40 ans, une réinterprétation des témoignages historiques, la prise en compte des séismes à l’étranger (en Belgique, en Allemagne, en Suisse, en Italie…) ainsi que l’amélioration des connaissances sur les failles actives en France ont conduit à une meilleure appréciation de l’aléa sismique sur le territoire national.

b) Zones de sismicité

Carte zonage sismique france et outre mer.png

Carte 2 : répartition des zones sismiques en France / source : www. planseisme.fr

Les collectivités d’Outre-mer de la Nouvelle-Calédonie, Wallis et Futuna, Polynésie française, St-Barthelemy ne font pas partie du zonage national réglementaire pour des raisons statutaires, mais elles peuvent aussi être soumises à des séismes engendrant des victimes et des destructions importantes.

A ces zones de sismicité, il faut ajouter des effets du relief induits par la topographie du site et des effets géologiques induits par la nature du sol. Ces deux effets de site contribuent à l’augmentation de l’amplitude de l’onde sismique et de sa durée.

Effets de site.png

Schéma 3 : représentation des effets du site

De plus les secousses peuvent engendrer des effets induits tel que des incendies, des tsunamis, la liquéfaction des sols, des éboulements, des glissements de terrain...

La législation relative aux ouvrages hydrauliques pour la prévention de l’aléa sismique

Les ruptures d’ouvrages hydrauliques liés à un séisme sont rares. L’évènement emblématique dans ce domaine est la rupture partielle du barrage en remblai de Van Norman suite au séisme de San-Fernando du 9 février 1971.

Une législation a été mise en place pour la prévention de l’aléa sismique. Le décret 91-461 du 14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique ne cite pas les barrages parmi les installations dites à risque spécial.

Pour les ouvrages hydrauliques, la législation s’organise spécifiquement à partir :

-Du décret de 92-997 du 15 septembre 1992 relatif aux Plans Particuliers d'Intervention (P.P.I.) qui prévoit une analyse de risque comprenant le risque sismique. L’article 1 du décret préconise des recommandations aux aménagements hydrauliques qui comportent à la fois un réservoir d'une capacité égale ou supérieure à quinze millions de mètres cubes et un barrage ou une digue d'une hauteur d'au moins vingt mètres au-dessus du point le plus bas du sol naturel. L’une des recommandations prévoit l’établissement par l’exploitant d’une étude de risque faisant notamment apparaître le risque sismique. Ces études de risque seront soumises à l’avis du C.T.P.B.

- Du décret n°2007-1735 sur la sécurité des ouvrages hydrauliques qui introduit la prise en compte du risque sismique dans les documents réglementaires (étude de dangers, revue de sûreté) et dans la surveillance des ouvrages (visites post-sismiques).

- La loi n° 2006-177 article 21 du 30 décembre 2006 dite « Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques » (L.E.M.A.), les articles R563-1 à R563-8 du code de l’environnement qui ne visent pas spécifiquement les barrages et digues (ouvrages à risque spécial).

Les Eurocodes ne s'appliquent pas aux ouvrages hydrauliques. Des recommandations, préalables à une réglementation technique préparée par la DGPR dans le but de vérifier le comportement en cas de séisme des ouvrages hydrauliques en service, sont émises dans le rapport « Risque sismique et Sécurité des ouvrages hydrauliques »rédigé par un groupe d’expert à la demande du MEDDE. Le groupe de travail s’est efforcé de rédiger des recommandations qui soient proches ou du moins cohérentes avec :

  • L’Eurocode 8 ;
  • Les pratiques étrangères ;
  • Les autres risques naturels à prendre en compte dans la sécurité des ouvrages hydrauliques, notamment celui lié aux crues ;
  • Les approches adoptées pour la vérification de la sécurité aux séismes d’autres catégories de grands ouvrages tels que les centrales nucléaires, ponts ou installations classées pour la protection de l’environnement (ICPE).


Pour en savoir plus

http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/dossiers/d/geologie-quest-ce-fait-trembler-terre-750/

http://www.developpement-durable.gouv.fr/Cadre-d-actions-pour-la-prevention.html

http://www.seismes.fr/

http://www.irsn.fr/FR/connaissances/Installations_nucleaires/La_surete_Nucleaire/risque_sismique_installations_nucleaires/Pages/12-quelques_seismes_recents_analyses_par_l_IRSN.aspx#.VrHChbHLS70

http://www.planseisme.fr/

http://www.barrages-cfbr.eu/Seismes.html

http://icold-cigb.net/userfiles/files/PUBLICATIONS/others/ICOLD%20position%20paper-Dam%20Safety%20and%20Earthquakes%20rev%20Aug%202012.pdf

Références

MEDDE (Ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie) DGPR (Direction Générale de la Prévention des Risques). Risque sismique et Sécurité des ouvrages hydrauliques.316 pages. Octobre 2014- Groupe de travail « Barrages et Séismes ».

Nocquet, J. M. (2002). Mesure de la déformation crustale en Europe occidentale par géodésie spatiale (Doctoral dissertation, Nice).


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Pour plus d'information sur l'auteur : Irstea - UR RECOVER - Equipe G2DR


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